Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: вторичные источники питания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит силовую часть 1, ключевой транзистор 2, резисторы 3 и 4, диод 5, дроссель 6 и блок 7 управления, содержащий транзистор 10, дополнительный транзистор It, трансформатор 12, диод 13, резистор 14, широтно-импульсный модулятор 15, делитель 16 напряжения и пороговый элемент 17. Повышен КПД за счет исключения токоогрэничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе 6 и передачи энергии для включения ключевого транзистора 2. За счет шунтирования управляющего перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапряжения на указанном переходе . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Р 10" 2

А

0к

Ф

Î !

С) Pgg f

К АВТОР С КОМУ С ВИД ЕТЕЛ Ь СТВУ

1 (21) 4834271/07 (22) 04.06.90 (46) 07.07.92, Бюл. hk 25 (71) Нижегородский научно-исследовательский иНститут радиосвязи (72) С.Ю. Панфилов, И,В. Полетаев и М.Г.

Тылес (53) 621;314.57(088.8) (56) Электроника. 1977, М 7, с. 56 — 57, рис.

3..

Авторское свидетельство СССР . 3Ф 1422388, кл. Н 03 К 17/60, 1988. (54) СТАбИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: вторичные источники

„„ Ж,, 1746490 А1 (sl)s H 02 M 3/335

2 питания радиоэлектронной аппаратуры.

Сущность изобретения: устройство содержит силовую часть 1, ключевой транзистор

2, резисторы 3 и 4, диод 5, дроссель 6 и блок

7 управления, содержащий транзистор 10, дополнительный транзистор 11, трансформатор 12, диод 13, резистор 14,.широтно-импульсный модулятор 15, делитель 16 напряжения и пороговый элемент 17. Повышен КПД за счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе 6 и передачи энергии для включения ключевого транзистора 2. За счет шунтирования управляющего перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапряжения на укаэанном переходе. 3 ил.

1746490

10

40

Одним иэ недостатков указанного клю- 55 ча являются невысокие удельные массогаИзобретение относится к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры, Известен электронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, три диода, три резистора и блок управления, включающий в себя транзистор, трансформатор с тремя обмотками, резистор и диод.

Недостатком данного ключа является значительная задержка выключения ключевого транзистора вследствие протекания паразитного отпирающего тока в базовой цепи из-за наличия барьерной емкости фиксирующего диода. Из-за протекания этого тока увеличивается время спада ключевого транзистора, увеличиваются динамические потери, и, как следствие, снижаются КПД и надежность электронного транзисторного кл юча. Другим недостатком расс матри ваемого преобразователя являются его низкие частотные свойства (или быстродействие), Это объясняется тем, что ключевой транзистор имеет большие времена выключения из-за пассивного его выключения.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является электронный транзисторный ключ, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, ключевой транзистор, токозадающий резистор, первый диод, фиксирующий диод, обратный диод, накопительный дроссель.— трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токозадающего резистора соединен с первым выходом блока управления, а второй вывод — с анодом фиксирую;цего диода, коллектор ключевого транзистора через нагрузку соединен с первой шиной питания и вторым выходом блока управления, первичная обмотка накопительного дросселя-трансформатора включена между катодом фиксирующего диода и коллектором ключевого транзистора, а его вторичная обмотка подключена к база-эмиттерному переходу ключевого транзистора через последовательно соединенные первый диод и первый резистор, второй резистор включен между. анодом фиксирующего диода и базой ключевого транзистора, катод обратного диода соединен с первым выходом блока управления. баритные показатели вследствие использования большого числа элементов, а также наличие дросселя-трансформатора, имеющего большие габариты для обеспечения надежной гальванической развязки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора

7, особенно при построении ключевых преобразователей напряжения промышленных сетей (220/380 К), Кроме того, описанный. электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД иэ-за наличия токоограничительных цепей запаса энергии, Кроме того, ключ имеет невысокие частоты преобразования, особенно при высоком напряжении. на шинах питания, ограничиваемые частотными свойствами фиксирующего диода.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности..

На фиг, 1 приведена схема стабилизированного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу схемы, Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит силовую часть 1, ключевой транзистор 2, первый

3 и второй 4 резисторы, диод 5, дроссвль 6 и блок 7 управления, снабженный первым 8 и вторым 9 питающими входами, содержащий транзистор 10, дополнительный тран. зистор 11, трансформатор 12, первичная обмотка которого снабжена отводом, диод

13, резистор 14, широтно-импульсный модулятор 15 с генератором пилообразного напряжения с крутым срезом; делитель 16 напряжения и пороговый элемент 17.

Первый выход блока 7 управления сое5 динен с началом вторичной обмотки трансформатора 12 блока управления и первым выводом резистора 3, второй выход блока 7 управления соединен с концом вторичной обмотки трансформатора 12 блока управления и первым выводом резистора 4, эмиттером ключевого транзистора 2 и одним из входов силовой части 1, другой вход которой соединен с коллектором кл ючевого транзистора 2, база которого соединен с другими

5 выводами резисторов 3 и 4, третий выход блока 7.управления соединен с коллектором дополнительного транзистора 11 блока 7 управления и анодом диода 5, катод которого соединен с одним из выводов дросселя 6, 0 другой вывод которого соединен с четвертым выходом блока 7 управления, с которым соединен коллектор транзистора 10 и конец первичной обмотки трансформатора 12 блока 7 управления, Начало первичной обмотки трансформатора 12 соединено с катодом диода 13, анод которого через резистор 14 соединен с выходом порогового элемента

17 и базой дополнительного транзистора 11, отвод первичной обмотки транзистора 12 соединен с змиттером дополнительного

1746490 транзистора 11, одним из входов делителя 16 напряжение с крутым срезом, которое поданапряжения и первым питающим входом, ется на первый вход noporoeoro элемент» блока 7 управления, другой вход делителя 17, В соответствии с уровнем напряжения.

16 напряжения соединен сэмиттером тран- формируемого с делителя 16 напряжения. зистора 10 и вторым питающим входом 9 5 пороговый элемент 17 на выходе имеет низ блока 7 управления. кий уровень напряжения в ингервалы яре

Вход широтно-импульсного модулятора мени ti — t2.

15 соединен с управляющим входом блока В момент t> открывается транзистор 11.

7 управления, с которым соединен выход В интервалы времени то — tg часть первичной силовой части 1, первый выход — с базой 10 обмотки трансформатора 12 блока 7 управтранэистора 10, а второй выход — с первым ления подключена к .источнику вспомогавходом порогового элемента 17, второй тельного напряжения — клеммы 8 и 9, При вход которого соединен с выходом делителя этом на вторичной обмотке трансформатора

16 напряжения. 12 наводится ЭДС и через база-эмиттерный

На фиг. 2 обозначены: 15 переход ключевого транзистора протекает

18 — напряжение на первом выходе ши- прямой ток, в основном определяемый соротно-импульсного модулятора 15; противлением резистора 3. Транзистор 2

19 — напряжение на первом и втором переходит в состояние высокой проводимовходах порогового элемента 17, сти (открытое состояние). В интервал време20 — напряжение на выходе порогового 20 ни tl — t2 включенного дополнительного элемента 17; транзистора 11 происходит накопление

21 — напряжение на переходе коллек- энергии в дросселе 6 за счет тока, протекатор-эмиттер транзистора 10: ющего по цепи: коллекторно-эмиттерный

22 — ток через дроссель 6;, переход дополнительного транзистора 11—

23 — ток намагничивания (холостого хо- 25 диод 5 — дроссель 6 — коллекторно-эмиттерда) сердечника трансформатора 12, приве- ный переход транзистора 10. К моменту вреденный к части первичной обмотки от мени tz ток в дросселе 6 и ток отвода до конца намагничивания сердечника трансформато24 — ток через часть первичной обмотки ра достигают максимальных значений соотот начала до отвода; : 30 ветственно 1др макс и i> макс

25 — напряжение на вторичной обмотке В момент времени t2 транзистор 10 затрансформатора 12; крывается и ток намагничивания трансфор26 — токчерезчастьпервичнойобмотки матора 12 начинает протекать по двум трансформатора 12 от отвода до конца; цепям; вторичная обмотка трансформатора

27-токчерезвторичнуюобмоткутранс- 35 — параллельная цепь, образованная резиформатора 12. стором 4, и база — эмиттерный переход клюСущность изобретения состоит в том, чевого транзистора 2 — резистор 3; часть что.за счет исключения база-коллекторной первичной обмотки трансформатора 12— связи и формирования выключающего им- эмиттерно-базовый переход дополнительпульса тока ключевого транзистора задан- 40 ного транзистора 11 — резистор 14 — диод 13. ной длительности через первичную обмотку Токи в этих цепях распределяются в сотрансформатора блока управления обеспе- . ответствии с индуктивностями обмоток и чивается повышение КПД, надежности при общим активным сопротивлением этих цеобщем упрошении схемы электронного пей. При этом дополнительный транзистор транзисторного ключа стабилизированного 45 11 поддерживается во включенном состояпреобразователя постоянного напряжения, нии в интервал времени t2 — т4, т.е. того, расширение диапазона изменений питаю- времени, пока ток намагничивания сердечщих напряжений. ника трансформатора не спадает до нуля.

Стабилизированный преобразователь Это обеспечивает протекание тока дросселя постоянного напряжения работает следую- 50 6 в интервале времени tz — тз по цепи: четщим образом. вертый выход блока 7 управления — часть

Широтно-импульсный модулятор первичной обмотки трансформатора 12— (ШИМ) 15 с генератором пилообразного на- эмиттерно-коллекторный переход дополнипряжения с крутым срезом блока 7 управле- тельного транзистора 11 — диод 5, Этот ток ния формирует управляющий сигнал для 55 наводит ток во вторичной обмотке трансвключения транзистора 10, длительность. форматора12, который протекает потойже которого зависит от уровня выходного на- цепи и в том же направлении, что и ip. Кроме пряжения силовой части 1, например to — t2 . того, ток дросселя, протекающий по первич(см. эпюру 18 фиг. 2). При этом на втором ной обмотке трансформатора 12, наводит выходе ШИМ формируется пилообразное также ток в другую часть первичной обмот1

1746490

55 ки, протекающий через диод 13. Ток дросселя распределяется по указанным цепям в тех же соотношениях, что и ток намагничивания. Под действием этих токов формируется обратное напряжение необходимой величины для форсированного выключения ключевого транзистора 2, В момент времени тз ток дросселя 6 и в момент времени t4 и ток намагничивания

1 к трансформатора 12 спадает до нуля, т.е, сердечники трансформатора 12 и дросселя

6 полностью размагничиваются, С момента времени Т процессы повто- ряются аналогично описанным выше, За счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе 6 и передачи энергии для включения ключевого транзистора 2 достигается повышение КПД. Кроме того. за счет шунтирования база-эмиттерного перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапряжения на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора 10 блока 7 управления, Организация цепей накопления энергии в дросселе 6 от вспомогательного источника позволила упростить схему электронного транзисторного ключа, уменьшить обратное напряжение на последовательно включенном с дросселем 6 диоде 5 до величины, близкой к нулю, выполнить дроссель однообмоточным.

В схеме обеспечивается формирование почти одинаковых (так как I «!др) выключающих импульсов напряжения ключевого транзистора 2 в широком диапазоне изменений коэффициента заполнения управляющих импульсов за счет фиксированного по длительности подключения дросселя 6 к источнику вспомогательного напряжения. Это позволяет обеспечить одинаково эффективное выключение ключевого транзистора в широком диапазоне изменений питающего напряжения, не расходуя лишней энергии при больших коэффициентах заполнения управляющих импульсов для формированного выключения ключевого транзистора 2.

Ф-ормула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовую часть, ключевой транзистор, первый и второй резисторы, диод, дроссель и блок управления, снабженный первым и вторым питающими входами, включающий в себя транзистор и трансформатор, конец первичной обмотки которого подключен к коллектору транзистора, а вторичная обмотками

5 вывода подключена к первому и второму выходам блока управления, эмиттер транзистора соединен с вторым питающим входом .блока управления, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выхо10 дом блока управления, а первый вывод второго резистора — с вторым выходом блока управления, эмиттером ключевого транзистора и одним из входов силовой части, другой вход которой соединен с коллектором

15 ключевого транзистора. катод диода соединен с одним из выводов дросселя, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в блок управления введены дополнительный транзистор, резистор, ди20 од, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения с крутым срезом, пороговый элемент, делитель напряжения, кроме того, блок управления снабжен третьим и четвертым

25 выходами, а первичная обмотка трансформатора блока управления снабжена отводом, с которым соединены первый питающий вход блока управления, эмиттер дополнительного транзистора и один из

30 входов. делителя напряжения, начало первичной обмотки трансформатора соединено. с катодом диода, анод которого через резистор соединен с выходом порогового элемента и базой дополнительного

35 транзистора, коллектор которого соединен с третьим выходом блока управления, коллектор транзистора соединен с четвертым выходом блока управления, другой вход делителя напряжения соединен с вторым пи40 тающим входом блока управления, первый выход широтно-импульсного модулятора соединен с базой транзистора, второй выход — с первым входом порогового элемента. а вход — с управляющим входом блока

45 управления, второй вход порогового элемента соединен с выходом делителя напряжения, причем анод диода соединен с третьим выходом блока управления, а другой вывод дросселя — с четвертым выходом

50 блока управления, вторые выводы резисторов соединены с базой ключевого транзистора, выход силовой части соединен с управляющим входом блока управления, 1746490

Ж4Ю

1 кя Ю a_#_Nc сЕ Мю

ФИГ

< 87ююе

Составитель Л.Лукьянова

Редактор В.Данко - Техред М.Моргентал Корректор М,Пожо

Заказ 2401 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101